“雙碳”目標(biāo)是我國基于推動構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求而作出的重大戰(zhàn)略決策，是加快生態(tài)文明建設(shè)和實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手。
針對如何實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略和發(fā)展“光儲直柔”建筑技術(shù)等問題，中國工程院院士、清華大學(xué)教授、建筑環(huán)境工程專家江億院士與《新基建訪談》進(jìn)行了深入交流。
江億院士曾參加多項 IEA EBC（建筑和社區(qū)的節(jié)能）國際合作項目。目前為 EBC 理事會中國代表，國務(wù)院能源咨詢專家委員會委員，中國氣候變化專家委員會委員，IPCC 第五版第三卷第九章（建筑節(jié)能減排）寫作組成員。主要研究領(lǐng)域為建筑節(jié)能。主編出版《中國建筑節(jié)能研究年度報告》。曾獲得二項國家科技發(fā)明獎、二項科技進(jìn)步獎：集中供熱調(diào)節(jié)、溶液調(diào)濕空調(diào)、間接蒸發(fā)冷卻、建筑能耗模擬軟件（DeST）。
在江億院士看來，未來中國實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略最關(guān)鍵的一點(diǎn)是建立新型電力系統(tǒng)。風(fēng)電光電與用電規(guī)律不同步，中間缺少儲能調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，電力系統(tǒng)便不能運(yùn)行，這是發(fā)展新型電力系統(tǒng)過程中的瓶頸。他表示，發(fā)展新型主動式的智能充電樁系統(tǒng)，所有居住小區(qū)的車位都應(yīng)實現(xiàn)一位一樁。這樣既能解決發(fā)展新能源電池的汽車的問題，又能解決新型電力系統(tǒng)建設(shè)的問題。
此外，江億院士以“光儲直柔”試點(diǎn)之一的山西省芮城縣為例，表示無論是縣城還是大城市，都要根據(jù)其不同的特點(diǎn)和優(yōu)勢進(jìn)行不同的布局安排。而對于中西方在發(fā)展方面的異同點(diǎn)，他認(rèn)為新型電力系統(tǒng)建成零碳的電力也是西方部分國家實現(xiàn)碳中和的規(guī)劃里非常重要的環(huán)節(jié)，西方部分國家的水電和風(fēng)電光電的互動配合可以起到很好的調(diào)峰作用，而我國很難依靠水電發(fā)電來完全解決未來整個新能源系統(tǒng)的調(diào)控問題。我國是世界上電動汽車擁有量最多的國家，因此要率先蹚出適應(yīng)我國國情的一條路。
談及“光儲直柔”建筑技術(shù)在建筑方面的應(yīng)用和前景，江億告訴《新基建訪談》，“光儲直柔”建筑配電是發(fā)展零碳能源的重要支柱，有利于直接消納風(fēng)電光電。城市的“光儲直柔”和農(nóng)村的發(fā)展模式不太一樣，一個是消納風(fēng)電光電，另一個則是解決自身用能的同時產(chǎn)出更多的電反送到電網(wǎng)，這是城鄉(xiāng)的區(qū)別。
以下為《新基建訪談》專訪江億實錄摘要：
問：您將在 2021 世界新能源大會上發(fā)表題為《發(fā)展智能充電樁，促進(jìn)零碳電力系統(tǒng)的建設(shè)》的分享，這次主要會帶來哪些新的見解呢？
江億院士：未來中國實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略最關(guān)鍵的一點(diǎn)是建立新型電力系統(tǒng)，新型電力系統(tǒng)按照分析大概是 80% 的容量，60% 左右的電量是風(fēng)電和光電，而當(dāng)前的容量不到 15%，電量在 10％以下。大比例的風(fēng)電和光電給電網(wǎng)帶來很大的問題，主要問題是風(fēng)電光電與用電規(guī)律完全不同步，中間缺少儲能調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。沒有儲能調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，電力系統(tǒng)便不能運(yùn)行，這是發(fā)展新型電力系統(tǒng)過程中最主要的矛盾，也是瓶頸。
目前，可操作、可執(zhí)行的是新能源汽車。中國現(xiàn)在有 2.4 億輛私人汽車，二、三十年后很可能變成 3 億輛私人小汽車，如果這 3 億輛私人汽車全部變成純電汽車，每輛車至少有 50 度電的電池容量，3 億輛電動車就是 150 億度電，而全年總的風(fēng)電、光電的發(fā)電量大概是 8 萬億度，平均一天是 270 億度電，如果電動車能夠調(diào)平 150 億度電，便基本解決了風(fēng)電光電的變化與用電規(guī)律二者不同步、不一致的問題。因此，新能源汽車的發(fā)展對未來新型電力系統(tǒng)的建設(shè)有著巨大作用。
有了電動車，還必須有合適的充電樁網(wǎng)絡(luò)才能使電動車的電池真正發(fā)揮其儲能作用。目前搭建的充電樁是“即插即充”方式，不能根據(jù)電網(wǎng)的電力平衡關(guān)系決定充電與否和充電功率，因此不能滿足這一需求，必須建立全新的主動式充電樁系統(tǒng)，由充電樁控制是否充電和充電功率。我把它稱作主動式或者智能式充電樁系統(tǒng)，今后提倡每個停車位都是一位一樁，并且是即停即充，是否充電由電網(wǎng)的供需關(guān)系狀況決定。如果電網(wǎng)上的電充足，供大于用，便主動充電；如果二者平衡就不會再充了；如果供不足以用，就要從車取電來滿足電網(wǎng)的需求。互相借力，互相平衡，真正利用汽車電池的資源，才能解決電力系統(tǒng)的問題。
模式改變，計費(fèi)的方式也應(yīng)該不一樣?，F(xiàn)在的充電樁是為了掙價差，未來則是會員制。舉個例子，建立了廣泛的、智能的充電樁網(wǎng)絡(luò)后，充電樁網(wǎng)絡(luò)認(rèn)車不認(rèn)人，并不是停車即充，而是有電的時候才充電，是一個慢充系統(tǒng)；但只要交會員費(fèi)，全年就不再收取充電費(fèi)用，在約定的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)無電趴窩的現(xiàn)象還可以派去救援車，隨時隨地保證使用要求。
我們做過很多仿真分析，比如，一座大樓里有 280kW 的光伏電池，可以連接 100 個充電樁，供 100 輛車使用。按照這種模式可以有效消納光伏電力，除個別冬天的光電不足外，其他時候都能滿足車的需求，并且有效消納了光伏電力。
當(dāng)前發(fā)展新型電動汽車最大的瓶頸障礙是沒有地方充電，按照發(fā)展新型主動式的智能充電樁系統(tǒng)，居住小區(qū)的車位都實現(xiàn)一位一樁，辦公樓、工廠的停車場等安裝充電樁，滿足住戶和上班人的充電需求。那么馬上就有人問，是不是會影響電池壽命？實際上，對于私家車來說，電池的壽命比車的壽命還長。出租車一年跑 10 萬公里，也在用電動車；而私家車大多數(shù)統(tǒng)計的年行駛里程數(shù)是在一萬到兩萬公里之間，那么電動車行駛這個里程需要的電是一年 2000 到 4000 度電，如果是 50 度電的電池，一年需要充 40 到 80 次，大概是十天充一次，十年時間電池才剛充 400 次，而實際上電池能充 3000 次電，所以按照現(xiàn)在的用法，汽車報廢了電池也沒壞。而當(dāng)電動汽車參加到蓄能調(diào)節(jié)后，大約每天充放電一次，電池的使用年限大體上與車體本身的使用年限一致，物盡其用。這套體系主要針對的是私家車，既能解決發(fā)展新能源汽車的充電問題，又能解決新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)問題，是未來實現(xiàn)雙碳的一大重點(diǎn)。
問：您提到雙碳是一個大趨勢，請問這個方案目前整個發(fā)展的推進(jìn)情況如何？比如到哪年我們可以達(dá)到一個預(yù)期？
江億院士：首先，現(xiàn)在的情況是關(guān)鍵設(shè)備中的新型充電樁，要求成本低、可靠性高，并且智能化。我現(xiàn)在組織了 3 到 4 個團(tuán)隊分別獨(dú)立開發(fā)，到今年年底之前應(yīng)該會陸續(xù)完成，然后在市場上使用。其次，有發(fā)展充電樁、發(fā)展新能源汽車跟發(fā)展風(fēng)電光電這三者同步的說法。按照規(guī)劃，從現(xiàn)在起每年凈增 1 億到 1.5 億千瓦 的風(fēng)電光電，而未來幾十年預(yù)測電動汽車將從目前每年新增 300~400 萬輛逐漸發(fā)展到每年新增 1000 萬輛。電動汽車的增長和風(fēng)電光電的增長剛好匹配。而目前充電樁網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后于風(fēng)電光電和新能源汽車這兩部分，要滿足車位一位一樁，同時形成全新的充電文化和理念，對業(yè)態(tài)運(yùn)營模式采取相應(yīng)配套措施，繼而產(chǎn)生新的方式、新的模式。
問：那您剛才講的這個方案“光儲直柔”現(xiàn)在有沒有一些試點(diǎn)呢？
江億院士：現(xiàn)在已經(jīng)配合一些工程任務(wù)同步進(jìn)行，在國內(nèi)的一些地方布局，例如在山西省芮城縣，想實現(xiàn)全縣的碳中和，其中很重要的任務(wù)是在全縣建成主動式充電樁網(wǎng)絡(luò)，然后實現(xiàn)車和農(nóng)機(jī)具的電氣化，再通過它來消納自身的風(fēng)電、光電，因為芮城縣的光伏條件比較好，這利于進(jìn)行一個全新的一個電力系統(tǒng)。無論是縣城還是大城市，都是根據(jù)其不同的特點(diǎn)進(jìn)行不同的布局安排。
問：根據(jù)您的研究和了解，中西方在發(fā)展這兩個路徑方面有哪些異同點(diǎn)？或者有哪些特點(diǎn)？
江億院士：比如北歐、瑞典、丹麥提出來要到 2045 或 2050 年實現(xiàn)碳中和，發(fā)展新型電力系統(tǒng)建成零碳的電力也是西方部分國家實現(xiàn)碳中和的規(guī)劃里非常重要的環(huán)節(jié)。它的電源很大一部分來自于生物質(zhì)發(fā)電，西方部分國家土地資源遼闊，生物質(zhì)資源多，另一個就是利用水電資源，水電資源的運(yùn)用很靈活。所以水電和風(fēng)電光電的互動配合可以起到很好的調(diào)峰作用，從而解決這個不協(xié)調(diào)的問題。
而我國雖然水電裝機(jī)容量是世界第一，但相對而言在總電量中的占比卻很少，因此很難依靠它來解決未來整個新能源系統(tǒng)的調(diào)控問題，只能在四川、青海、甘肅、云南等地區(qū)靠水電解決其自身電力的調(diào)峰問題和部分外輸?shù)娘L(fēng)電光電的平衡問題。對于其他地區(qū)，就需要找新的技術(shù)途徑。中國是世界上電動汽車擁有量最多的國家，所以我們要率先闖出一條適應(yīng)我國國情的路。
問：您曾談到，我們到 2045 年基本可以實現(xiàn)零碳電力系統(tǒng)，這是分幾步走的？成功實現(xiàn)意味著什么？
江億院士：現(xiàn)在的規(guī)劃是將來依靠的調(diào)控方式是水電跟抽水蓄能電站再加上電動汽車。再考慮用一些生物質(zhì)能火電來輔助調(diào)峰，還會有少量的燃?xì)夂腿济弘姀S來起到最后的保障作用，所以電動車在其中起著很重大的作用，有部分意見提出電解水制氫，拿氫去消納峰值的多余電量，再通過儲氫和氫燃料電池發(fā)電，提供電力低谷時的供電。但這樣的效率太低，成本投資也太高。所以只有那些不好實現(xiàn)電氣化的交通工具和工業(yè)生產(chǎn)過程，用氫來解決他們的能源供給問題，對電力系統(tǒng)本身來說，分布式化學(xué)儲能更現(xiàn)實。所以用電動車來解決蓄能問題比用氫來解決相對來說要成熟，成本要低的多。
問：在建筑方面其實您也有研究和見地，請您聊一下這項技術(shù)在建筑方面會有哪些應(yīng)用和前景？
江億院士：以后的建筑不是一個單純的用電用能的裝置，而是扮演一個產(chǎn)銷融合的角色。生產(chǎn)和消費(fèi)融合，進(jìn)一步說是生產(chǎn)、消納與儲存調(diào)節(jié)三位一體。這三個功能都應(yīng)該融在建筑一身，這是未來建筑在新的能源系統(tǒng)里所處的地位，所謂生產(chǎn)是充分利用好建筑，尤其是屋頂?shù)馁Y源可以用來發(fā)展光伏發(fā)電。如果把建筑改成直流配電，充電樁和建筑直流配電就是一個完美的融合，建筑和車一起構(gòu)成整個電網(wǎng)的柔性負(fù)載，根據(jù)電網(wǎng)的供需平衡關(guān)系來調(diào)節(jié)、改變用電量。
另外，不一定完全依靠建筑本身的光伏，也可以用遠(yuǎn)方的可再生電力。例如北京的建筑就可以使用八達(dá)嶺外的光伏基地，風(fēng)電基地的電力。盡管這些電力要通過大電網(wǎng)輸送才能進(jìn)入建筑和汽車充電樁，但只要嚴(yán)格調(diào)控從電網(wǎng)進(jìn)入建筑和充電樁系統(tǒng)的電力使其與遠(yuǎn)方的風(fēng)電光電完全一致地變化，就可以認(rèn)為這些建筑和車輛使用的完全是遠(yuǎn)方的風(fēng)電光電，是零碳綠電。這是針對城市所說，也就是說，城市都是高樓大廈，屋頂沒有那么多空間安裝光電，周邊也不可能有空地裝風(fēng)電。但是，只有建筑和充電樁能夠“柔性用電”，也就是根據(jù)電力系統(tǒng)電源側(cè)的變化要求從電網(wǎng)取電，就可以有效消納遠(yuǎn)方風(fēng)電光電，從而實現(xiàn)只使用零碳電力，靠遠(yuǎn)方的可使用空間解決建筑自身周邊空間不足的問題。而農(nóng)村未來應(yīng)該建成全新的能源系統(tǒng)，充分發(fā)展屋頂光伏全面解決農(nóng)村用能需求。由于農(nóng)村有足夠的空閑屋頂和周邊空地，所以農(nóng)村完全可以依靠自身的風(fēng)電光電解決其能源供給需要。
按照現(xiàn)在對農(nóng)村房屋現(xiàn)狀的調(diào)查統(tǒng)計，只要把現(xiàn)有屋頂?shù)拈e置空間都充分利用，安裝光伏，不僅可以解決農(nóng)民的生活用能（包括炊事、采暖）、生產(chǎn)用能（電動拖拉機(jī)、電動水泵和其它農(nóng)機(jī)）、交通用能，還可以有一部分電用來發(fā)電上網(wǎng)，成為農(nóng)村新的經(jīng)濟(jì)收入。農(nóng)村大部分用電負(fù)載都帶有儲能或可根據(jù)電源側(cè)要求而啟停，因此可很好地解決末端調(diào)節(jié)從而實現(xiàn)按照發(fā)電狀態(tài)用電。農(nóng)村可以依靠光伏完全取代燃煤燃油燃?xì)夂筒窕?，再也不燒火，重新恢?fù)藍(lán)天。農(nóng)村的發(fā)展模式和城市“光儲直柔”不太一樣，一個起著解決消納風(fēng)電光電的作用，另一個是解決自身用能的同時產(chǎn)出更多的電力反送到電網(wǎng)，這是城鄉(xiāng)的區(qū)別。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。